高原隧道通风设计

　　1鹧鸪山隧道工程概况鹧鸪山隧道位于四川省阿坝州理县境内，为国道317线翻越鹧鸪山改线工程，隧道起止里程为K0+220～K4+3，全长4423m。该隧道地处川西高原东北部的邛崃山脉，属高山、高原过度带的侵蚀深切高山地貌，洞口海拔3250m。该隧道为单孔双向行车隧道，断面积为75m2左右，为了运营通风防灾等需要，另建有一条平行服务通道，面积为36m2左右。

　　2施工通风的基本条件

　　2．1气象条件

　　(1)大气压力为68000Pa，仅为正常大气压力(101350Pa)的67；

　　(2)含氧量为13.7，正常情况下为215%；

　　(3)隧道洞口地区历年平均气温3.3℃～3.8℃，最低气温-2.0℃～-3.1℃，历年最低气温-30℃～-31.1℃；

　　(4)历年平均绝对湿度4.8～4.9g／m3，最大绝对湿度13.9g／m3，历年平均相对湿度70%；

　　(5)冻结最大深度1.Olm，最大积雪厚度47cm;

　　(6)历年最多风向Ssw—Sw、SESSE，历年平均风速1.7m／s，最大风速24m／s；

　　2．2机械状况

　　(1)隧道施工采用内燃机械作业，无轨运输出渣；

　　(2)2台37kW×2的轴流风机、1台37kW×2的三速风机、3台22kw的射流风机。

　　3设备改造

　　3．1通风设备改造

　　由于鹧鸪山地区气压低，平原地区通风机到高原后出力骤减，在平原地区工地通风距离长达2000m的通风机，到鹧鸪山后连200m的风管都无力鼓圆，因此通风机改型成为高原隧道的特殊问题。目前高原专用的通风机很少，为了降低工程成本，充分的利用现有的通风设备，因此我们分两个阶段对通风机实施了改型工作。

　　随着隧道的延伸，在隧道掘进到600m左右的时候风机的出力明显不够。这时我们就考虑应该根据海拔3000～4000m的实际情况，重新进行叶片设计。我们决定首先对其中的一台三速风机进行新的调整，于是我们与北方交通大学隧道试验中心以及洛阳市高林隧道环境控制技术有限公司合作，把风机叶片更换为三元气动理论设计的镁铝合金叶片，并按在低气压区的调整方法进行调整，其规律见图1。

　　在更换了风机叶片后，并按照低气压区的调整方法对叶片进行了调整，风机在新的工况下，功率基本上到达了额定功率。由此，我们又对另外两台单速风机和射流风机进行了调整。

　　在调整风机还发现原风机钢叶片的不均匀问题(见表1)。显然未作动平衡调试，找到造成风机脱流、喘振、烧电机的原因。鹧鸪山隧道西口也随之更换了新型叶片。并重新购置了一台洛阳市高林隧道环境控制技术有限公司依据三元流理论生产的高原一平原两用隧道专用风机，使通风设备满足了隧道施工通风的设计要求。

　　3．2出渣运输设备的改造

　　3．2．1运输方式的选择

　　运输方式的不同对施工通风难易程度有着很大的影响，同时，运输方式的选择对施工成本有很大的影响。根据华蓥山隧道的统计，综合影响在1000万元左右。

　　如采用有轨运输，洞内不用内燃机械，洞内污染量减少，施工通风的难度减小，但同时会增加以下问题：

　　(1)设备增加，员工增加，工程成本加大。

　　(2)洞外场地布置困难，管理难度也加大。

　　若采用无轨运输，将大大降低工程成本，同时也就不存在场地的问题，有明显的经济效益；但是采用无轨运输，内燃机械增加，洞内污染量增加，施工通风难度大。

　　对于鹧鸪山隧道而言，通过综合比较，我们认为只要通风有保障，采用无轨运输是完全可行的。但气压低造成的油料燃烧不完全，出渣运输设备的污染量加大，通风设备的功率急剧加大，为此需要对出渣运输设备进行改造。

　　3．2．2出渣运输设备改造

　　通过对实际装渣运输设备的分析，以及增加通风设备功率所带来的运营成本的增加，本着降低综合成本的原则出发，我们在改造的过程中对不同的设备区别对待。

　　4补氧措施

　　4．1选取补氧措施的原则

　　大气压力的降低，使得空气稀薄，单位体积空气中氧气的绝对含量减少，因而需要从实际出发，根据不同缺氧状况对人体的不同影响，比较不同的方案，采取最安全、最经济的补氧措施。

　　4．2加强通风

　　鹧鸪山隧道的施工通风中我们还是从实际出发，本着安全、经济的原则，通过加强通风并结合局部的特殊工种携带便携式补氧仪的方法来代替集中的补氧措施。

　　加大洞内风量，提高隧道内换气次数，使洞内环境大部分时间接近洞外环境，可以满足人体需求；而对出渣的特殊情况下，考虑到时间短、人员少、烟雾量相对较大的实际特点，采用携带便携式补氧仪的方法。另外，加强和医护室的配合，对于新增人员，严格进行健康检查；对于相对固定的劳动人员，定期进行身体检查。从而达到整个补氧措施的安全、经济的目的。

　　4．3高原隧道工程实例(表3、表4)

　　在实际的施工过程中，由于通风状况良好，即使在出渣时，洞内人员也没有使用便携式补氧仪，通过加强通风完全代替了补氧。

　　4．4通风量的计算

　　关于隧道施工通风量计算，目前世界各国尚无公认的统一公式。我国铁路隧道施工实践证明，若按每人每分钟供应3m3新鲜空气，则可保证工人身体健康。在新出版的《公路隧道施工技术规范》中规定洞内供风量的计算，除保证施工人员身体健康所需要的新鲜空气外，尚需满足施工方面的其他要求。

　　(1)按洞内同时工作的最多人数需要的新鲜空气计算风量。

　　(2)在规定时间内把同时爆破且使用最多炸药量所产生的有害气体稀释到允许浓度以下，由此计算风量。

　　(3)当隧道采用内燃机械施工时，还应按内燃设备总功率需要的空气计算风量。

　　按上列方法计算后，以其中最大者即为隧道施工所需的供风量，也是选择通风设备的依据。

　　计算如下：

　　按人数计算：Ql=100×3m3／min／人=300m3／min

　　按最小风速：

　　Q2=Vmm·S=0.15×80=12m3／s=720m3／min

　　按设备功率：Q.3=W×3／min／kW=500×3=1500m3／min

　　关于计算的几点说明：(1)其中Vmin表示最小风速，它和施工方法有关系，上面计是按全断面开挖计算。这个公式我国铁路隧道在稀释炮烟计算中的经验公式。(2)W表示洞内内燃机械的最大功率，这主要取决于除渣时的施工情况。计算中是按无轨运输，内燃机械作业，洞内有装载机2台，除渣车3台。

　　笔者认为：施工通风的目的是改善洞内作业环境，而爆破、喷锚、出渣、打眼、装药各工序污染量不一样，通风量还随隧洞的延深而加大。因此，通风设计应分阶段进行，通风量应是动态的，才经济合理。按隧道设计规范计算的通风量，经多个工点实践证明：采用内燃机械作业，通风量是偏小的。按每马力配3m3／min风，不能满足施工需要。在实际施工中，通风效果主要有洞内出渣时所决定，而在打眼、放炮、喷浆时一般都能满足要求。但出渣时装载机在掌子面不停的工作，而大车除了在掌子面有20min左右的装渣时间外，还要在沿途不停的往复，随着隧道的延伸，沿途排放的烟雾越多；同时还考虑到高原地区空气稀薄，氧气绝对含量小的特点，要增加换气次数。因而要在计算结果的基础上再加上1.2～1.5的经验系数作为掌子面的通风量。

　　掌子面的供风量为：1500×1.4=2100m3／min

　　5通风方案的设计与实施

　　在解决了设备和补氧两个问题后，下面就是采用合理的通风方案了。本次通风方案主要有两个特点：①通风方案分阶段实施；②引入射流通风技术以解决整个隧道内的通风换气问题。

　　施工通风分为两个阶段(见图2)。第一阶段是单风机单风管运行。此时的掘进距离短，所需风量小，采用变极多速风机(三速)，变风量送风。当污染量小时，开低速档；当污染量大时，开高速档。当高速档不满足需要风量时，进入第二阶段。增加一台单速风机和一根φ1300风管，与三速风机配用，仍然达到变风量的目的。

　　引入射流通风的技术代替风门，形成巷道式通风，全部污浊空气由隧道排出，掌子面由风管送新风。同时射流风机的诱导作用使新风由平导引入，然后由隧道排出，加快了隧道沿途污浊空气的排出。整个隧道的通风量高达7000m3／min左右，洞内环境进一步得到改善。

　　6结束语

　　在鹧鸪山的实际施工中，依靠通风的保障，我们实现了：①在海拔3250m的隧道内采用无轨运输；②通过加强通风来代替集中补氧；③通过对通风机的改造，使普通风机能在高海拔地区正常工作。

　　总之，高原隧道的施工通风要结合高海拔地区和具体工程的实际情况，本着以人为本和降低综合工程成本的前提，设计合理的施工通风方案，据此对通风以及运输出渣设备进行改造或重新选型；并采取安全可靠、经济简单的补氧措施。